胶粘剂吸附胶膜在产品设计中的影响研究

易艳丽

摘 要：考察了聚乙二醇单甲醚（MPEG）季戊四醇含量对胶粘剂胶膜吸水率、胶膜凝胶率和180°剥离强度的影响。结果表明：随着MPEG质量分数分数从3.0%增加至5.0%，胶粘剂薄膜的吸水率和180°剥离强度呈现逐渐增大趋势，胶膜凝胶率逐渐减小。随着季戊四醇质量分数从1.5%增至3.0%，胶粘剂薄膜的吸水率呈现逐渐减小趋势，胶膜凝胶率和180°剥离强度呈现逐渐增大趋势。综合考虑产品设计对胶粘剂胶膜吸水率、胶膜凝胶率和180°剥离强度的应用需求，适宜的MPEG质量分数为4.5%、季戊四醇质量分数为2.0%。

关键词：胶粘剂；MPEG含量；季戊四醇含量；耐水性；180°剥离强度

中图分类号：TQ433.4+37

文献标志码：A

文章编号：1001-5922（2023）07-0030-03

Effect of adhesive film on product design

YI Yanli

（Chengdu Neusoft University，Chengdu 611844，China

）

Abstract：The effects of MPEG content and pentaerythritol content on the water absorption，gel rate and 180° peel strength of adhesive film were investigated.The results show that with the increase of MPEG content from 3.0% to 5.0%，the water absorption and 180° peel strength of the adhesive film gradually increase，while the gel ratio of the adhesive film gradually decreases.With the increase of pentaerythritol content from 1.5% to 3.0%，the water absorption of the adhesive film gradually decreases，and the gel ratio and 180° peel strength of the adhesive film gradually increase.Considering the application requirements of product design on the water absorption，gel rate and 180° peel strength of adhesive film，the appropriate MPEG content is 4.5% and the appropriate pentaerythritol content is 2.0%.

Key words：adhesive;MPEG content;pentaerythritol content;water resistance;180° peel strength

膠粘剂作为一种能将同质或异质物体表面连接在一起的粘合物质［1］，通过粘附力和内聚力把产品设计过程中不同材质、不同厚度和复杂结构的材料或者构件紧密结合在一起［2］，具有工艺简单、质量轻、连接力强等优点，在现代化产品设计中应用较为广泛。然而在实际应用过程中，不同的产品需要在不同的环境中应用，同时温度、受力、湿度等状态也各不相同［3］。因此，除了考虑粘接性能外，在某些固定场合，胶粘剂的耐水性、耐热碱水性和剥离强度等也视为重要的考核指标［4］。为了提升产品设计中胶粘剂的耐水性、耐热碱水性和粘接性能，本文以水性聚氨酯胶粘剂为基础原料，考察了MPEG含量和季戊四醇含量对胶粘剂胶膜吸水率、胶膜凝胶率和180°剥离强度的影响，结果可为高性能产品设计用胶粘剂的开发与应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验原料

试验原料包括水性聚氨酯胶粘剂、工业级聚乙二醇单甲醚（MPEG）和化学纯季戊四醇。

1.2 试样制备

预先将水性聚氨酯胶粘剂进行水浴加热（88 ℃、1 h），之后降温至68 ℃，加入不同含量的聚乙二醇单甲醚和季戊四醇，高速搅拌15 min后在68 ℃静置30 min，然后降温至58 ℃并加入体积分数40%的去离子水进行分散处理，低速搅拌60 min进行扩链，自然消泡后得到不同聚乙二醇单甲醚含量和不同季戊四醇含量的改性胶粘剂。将改性胶粘剂乳液进行旋涂，制备胶粘剂胶膜，自然风干24 h后置于98 ℃烘箱中干燥45 min，空冷至室温。

1.3 测试方法

参考文献［5］、文献［6］方法进行胶粘剂胶膜耐水性、耐热碱水性的测试，以吸水率大小评价耐水性，并计算凝胶率以考察其耐热碱性；参照GB/T 2790—1995标准进行180°剥离强度测试［7］，测试速度为90 mm/min，温度为室温，以3组试样平均值作为结果。

2 结果与分析

2.1 MPEG含量的影响

图1为MPEG含量对胶粘剂胶膜吸水率的影响曲线，试验条件为室温、溶液pH=7、静置时间为24 h。从图1可以看出，当MPEG质量分数为3.0%时，胶粘剂胶膜的吸水率为7.23%；随着MPEG质量分数从3.0%增至5.0%，胶粘剂胶膜的吸水率逐渐增加，在MPEG质量分数为5.0%时，胶粘剂胶膜的吸水率达到44.21%。这主要是因为MPEG中含有—OH基团，可以与胶粘剂中的—NCO基团发生反应，使得胶膜与水的亲和力发生变化而改变耐水性［8］，且MPEG含量越高则胶膜的亲水性会增强，耐水性降低而吸水率增大。

图2为MPEG含量对胶粘剂胶膜凝胶率的影响，试验条件为温度85 ℃、pH值为11，浸泡试件为6 h。从图2可以看出，当MPEG质量分数为3.0%时，胶粘剂胶膜的凝胶率为93.4%；随着MPEG质量分数从3.0%增至5.0%，胶粘剂胶膜的凝胶率逐渐减小，在MPEG质量分数为5.0%时，胶粘剂胶膜的凝胶率达到26.3%。这主要是因为胶粘剂胶膜中加入MPEG后，胶粘剂胶膜中的亲水基团的迁移能力增强，胶膜分子间作用力减弱，更容易发生吸水溶胀［9］，因此在热碱环境下，胶粘剂胶膜的凝胶率会随着MPEG含量增加而减小。

图3为MPEG含量对胶粘剂胶膜180°剥离强度的影响。从图3可以看出当MPEG质量分数为3.0%时，胶粘剂胶膜的180°剥离强度为0.093 kN/m；随着MPEG质量分数从3.0%增至5.0%，胶粘剂胶膜的180°剥离强度逐渐增大，在MPEG质量分数为5.0%时，胶粘剂胶膜的剥离强度达到 0.262 kN/m。这主要是因为MPEG的加入，在胶粘剂中可以使—CH2CH2O—基团与NH—键发生反应而增加内聚能，增强胶粘剂的物理交联作用［10］，在测试剥离强度过程中，粘接强度较大的胶粘剂胶膜试样的180°剥离强度相应增加。

2.2 季戊四醇含量的影响

图4为季戊四醇含量对胶粘剂胶膜吸水率的影响曲线，试验条件为室温、溶液pH值为7、静置时间为24 h。从图4可以看出，当季戊四醇质量分数为1.5%时，胶粘剂胶膜的吸水率为44.7%；随着季戊四醇质量分数从1.5%增至3.0%，胶粘剂胶膜的吸水率先快速减小而后保持稳定，在季戊四醇质量分数为3.0%时，胶粘剂胶膜的吸水率基本接近于0，表明此时的胶粘剂胶膜已基本不具备吸水性。这主要是因为季戊四醇含量的增加会降低胶粘剂中聚酯多元醇含量，胶粘剂胶膜的交联密度增加，在进行耐水性试验过程中，水不容易渗透至胶膜内部［11］，吸水率相应降低。此外，可以发现，当季戊四醇质量分数增至2%时，继续增加季戊四醇含量并不会再降低胶粘剂胶膜的吸水率，这主要是因为此时胶膜已经饱和的缘故［12］。

图5为季戊四醇含量对胶粘剂胶膜凝胶率的影响，试验条件为温度85 ℃、pH=11，浸泡试件为6 h。从图5可以看出，当季戊四醇质量分数为1.5%时，胶粘剂胶膜的凝胶率为24.3%；随着季戊四醇含量从1.5%增至3.0%，胶粘剂胶膜的凝胶率线增加而后趋于稳定，在季戊四醇含量为3.0%时，胶粘剂胶膜的凝胶率接近100%。这主要是因为胶粘剂胶膜中加入季戊四醇后，胶粘剂胶膜中的亲水基团的迁移能力降低［13］，胶膜分子间作用力增强，吸水溶胀作用减弱，因此在热碱环境下，胶粘剂胶膜的凝胶率会随着季戊四醇含量增加而增大，但当季戊四醇质量分数增加至2%以上时，水已经很难渗透至胶粘剂胶膜内部，此时的凝胶率接近100%。

图6为季戊四醇含量对胶粘剂胶膜180°剥离强度的影响。从图6可以看出，当季戊四醇质量分数为1.5%时，胶粘剂胶膜的180°剥离强度为0.262 kN/m；随着季戊四醇质量分数从1.5%增至3.0%，胶粘剂胶膜的180°剥离强度逐渐增大，在季戊四醇质量分数为3.0%时，胶粘剂胶膜的剥离强度达到 0.374 kN/m。这主要是因为季戊四醇的加入，在胶粘剂中可以使—CH2CH2O—基团与NH—键发生反应而增加内聚能，增强胶黏剂的物理交联作用［14］，在测试剥离强度过程中，粘接强度较大的胶粘剂胶膜试样的180°剥离强度相应增加。

2.3 在产品设计中的应用

胶粘剂在产品设计应用过程中，由于产品使用过程中可能会遇到的环境温度、湿度和受力等影响因素，需要同时考虑产品粘接用胶粘剂的耐水性能、耐热碱水性和胶接性能等，这就要求产品设计用胶粘剂具有良好的吸水率、胶膜凝胶率和180°剥离强度等［15］。通过MPEG含量对胶粘剂胶膜吸水率、胶粘剂胶膜凝胶率和胶粘剂胶膜180°剥离强度的影响上看，随着MPEG质量分数从3.0%增至5.0%，胶粘剂薄膜的吸水率和180°剥离强度呈现逐渐增大趋势，胶膜凝胶率逐渐减小。通过季戊四醇含量对胶粘剂胶膜吸水率、胶粘剂胶膜凝胶率和胶粘剂胶膜180°剥离强度的影响上看，随着季戊四醇质量分数从1.5%增至3.0%，胶粘劑薄膜的吸水率呈现逐渐减小趋势，胶膜凝胶率和180°剥离强度呈现逐渐增大趋势。综合考虑产品设计对胶粘剂胶膜吸水率、胶膜凝胶率和180°剥离强度的应用需求，适宜的MPEG质量分数为4.5%，季戊四醇质量分数为2.0%。

3 结语

（1）当MPEG质量分数为3.0%时，胶粘剂胶膜的吸水率为7.23%；随着MPEG质量分数从3.0%增至5.0%，胶粘剂胶膜的吸水率逐渐增加，在MPEG质量分数为5.0%时，胶粘剂胶膜的吸水率达到44.21%。随着MPEG质量分数从3.0%增至5.0%，胶粘剂胶膜的180°剥离强度逐渐增大，在MPEG质量分数为5.0%时，胶粘剂胶膜的剥离强度达到 0.262 kN/m；

（2）随着季戊四醇质量分数从1.5%增至3.0%，胶粘剂胶膜的吸水率先快速减小而后保持稳定，在季戊四醇质量分数为3.0%时，胶粘剂胶膜的吸水率基本接近于0；

（3）随着季戊四醇质量分数从1.5%增至3.0%，胶粘剂胶膜的180°剥离强度逐渐增大，在季戊四醇质量分数为3.0%时，胶粘剂胶膜的剥离强度达到 0.374 kN/m。

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